KR970004131B1 - 축전지 팩 - Google Patents

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듀라셀 인터내쇼날 인코포레이팃드
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Abstract

내용 없음.

Description

축전지 팩
제1도는 본 발명에 따른 축전지 팩의 개략도.
제2도는 뚜껑이 제거된 상태의 본 발명에 따른 축전지 팩의 평면도.
제3A도는 일 실시예의 축전지 팩의 측면도.
제3B도는 제3A도에 도시된 축전지 팩의 단부도.
제4도는 본 발명에 따른 축전지 팩의 방전시의 전압프로파일을 도시한 그래프이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 축전지 팩11 : 주 전원
12 : 예비 전원13 : 스위치
14 : 내부 접촉 수단15 : 외부 레버
17,18 : 단자19,21,22,23 : 전도 수단
31 : 하우징34,35 : 접점
36 : 뚜껑40-49 : 전지
50-58 : 전도요소
본 발명은 휴대용 축전지 팩 전원에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 상한 전압과 하한 전압 사이에서 작동하는 장치에 사용되는 축전지 팩(battery pack)에 관한 것이다.
많은 전자 장치들은 축전지 팩 전원에 의해 작동되어진다.
이들 장치들은 상한 전압을 초과하는 축전지 전원에 연결되는 경우 손상될 수 있는 전자 회로로 빈번히 구성된다. 따라서, 축전지 팩은 축전지 팩이 사용되어지는 전자 장치의 상한 전압을 초과하지 않는 최대전압을 가져야 한다. 어떤 장치들은 장치에 전력을 공급하는 축전지 팩이 소정의 최소 시간 동안 지속하는 것이 바람직한 적용 분야에 사용되어진다. 물론, 모든 전지의 크기를 증가시킴으로써 축전지 팩이 유효하게 되는 시간을 늘리는 것은 가능하나, 이것을 휴대용 캠코더(camcorder)와 같은 적용분야에서는 용납되지 않은 바람직하지 못한 상당한 무게를 가중시킨다. 부가적인 전지들을 직렬로 연결하면 전압이 수용불가능한 수준까지 증가되고, 한편, 서로 병렬로 연결된 두 세트의 축전지들은 큰 전지를 사용할 때와 유사한 무게와 체적을 가진다는 것을 당업자는 쉽게 이해할 것이다.
처음의 대다수 전지가 부분적으로 방전되어진 후 그 대다수의 전지에 직렬로 소수의 전지를 부가함으로써 축전지 팩의 수명을 크게 증가시킬 수 있음이 발견되었다. 이러한 효과를 얻기 위해, 다전압 축전지가 이미 알려져 있다. 예를 들어, 미국 특허 제2,449,811호는 다수의 장치를 작동시키기 위해 일정 범위의 전압을 공급할 수 있는 다전압 축전지에 대해 기술하고 있다. 이러한 타입의 구조에서는 한가지 문제는, 축전지가 특정 장치를 위해 극히 높은 전압으로 설정된 때만 축전지와 상기 특정 장치를 연결시키는 것이 가능하다는 것이다. 따라서, 그러한 축전지가 연결시 상한 전압을 초과하는 전압으로 설정되는 경우, 장치는 영구적으로 손상될 수 있다.
이런 장치에서 하나 이상의 전지를 역으로 구동시키는 것이 역시 가능한데, 그 이유는 어떤 소정 시간에 각 전지는 축전지의 과거 사용에 따라 각기 다른 충전 상태에 있을 수 있기 때문이다. 예를 들어, 전지 모두가 사용되어야 하는 경우에 몇몇 전지는 벌써 부분적으로 사용되어 있고 나머지 전지는 새것으로 남아 있게 된다. 위와 같거나 유사한 경우, 보다 많이 방전된 전지는 보다 적게 방전된 전지에 의해 역으로 구동되어질 수 있다.
솔리드 스테이트 회로의 출현전에는, 전화 교환 회로는 50볼트 납 축전지를 사용함으로써 간혹 전력 손실을 막았다. 그러한 축전지는 약 8시간의 사고 기간동안 일정한 전류 정격으로 작동하도록 설계되었는데, 적당한 전류 정격은 작동되는 회로에 의해 결정된다. 예를 들어, 작동에 100암페어를 요하는 회로는 8시간 동안 작동하기 위해 800A-Hr 납 축전지를 필요로 한다. 이들 각 축전지는 각 전지에 약 2.15V의 전압을 인가하도록 49.5V의 전압을 가진 축전지를 가로질러 부동하는 23개의 개별 전지를 사용하였다. 이들 납 축전지의 방전에 대한 표준 차단 전압은 전지당 1.75볼트인데, 이는 40.25볼트의 축전지 전압에 상응한다.
그러나, 전화 교환 회로가 45.5볼트 아래에서는 일정하지 않게 작동되기 때문에 축전지는 상기 전압까지 방전될 수 없다. 그러므로, 방전하는 동안 축전지에 직렬로 세개의 전지를 순차로 부가하는 것이 통상적이었다. 전지의 수를 26개까지 늘림으로써, 축전지의 차단 전압은 45.5볼트(26×1.75)까지 증가되었다.
이것은, 23개 전지로된 축전지를 45.5V(이는 필요한 작동시간을 제공하지 못한다)까지 비효율적이고 부분적으로 방전하는 것에 반하여 8시간 동안 23개 전지를 완전 방전시킨다. 이러한 분야에서 추가 전지를 부가하는 효과는, 8시간 정전류 방전 동안 원래의 23개 전지로 된 축전지를 완전 방전시키면서 전화 교환 회로에 적합한 값으로 축전지 차단 전압을 끌어올리는 것이었다.
본 발명의 목적을 장치의 상한 전압을 초과하지 않은채 축전지 팩내 전지의 수를 증가시킴으로써, 축전지에 의해 급전되는 장치의 작동 시간을 증가시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 장치를 작동시키기 위해 처음에 인가된 전압이 상한 전압을 초과하지 않도록 하는 수단을 가진 축전지 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 축전지 팩내 전지에 대한 최적 정격보다 더 높은 정격으로 구동되는 축전지 팩에 의해 전력이 공급되는 장치의 작동 시간을 증가시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 니켈-카드뮴 전지로 된 종래의 축전지 팩보다 더 오랫동안 지속하는 알칼리-이산화망간 전지로 된 축전지 팩을 제공하는 것이다.
상기 및 기타 목적들은, 주 전원, 예비 전원, 예비전원을 주 전원에 직렬로 연결하도록 선택적으로 스위칭하는 수단, 그리고 축전지 팩의 초기 전압이 소정의 상한을 초과하지 않도록 하는 수단을 포함하는 축전지 팩을 제공하는 본 발명에 의해 달성된다. 처음에, 주 전원은 축전지 팩 단자들에 연결된다. 또한, 예비 전원이 회로에 부주의하여 너무 빨리 배치되는 것을 방지하는 수단이 제공된다. 주 전원의 전압이 소정의 하한 전압에 이를 때, 예비 전원은 주 전원의 잔류 전압에 부가된다. 예비 전원과 주 전원의 조합이 기대될 수 있는 것보다 더 오랫동안 소정의 하한 이상으로 축전지 팩의 작동 시간을 연장시킨다는 것을 발견하였다.
첨부 도면을 참조하여 본 발명을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도를 참조하면, 점선으로 도시한 축전지 팩(10)은 상한 전압과 하한 전압 사이에서 장치(부하(25)로 도시됨)를 작동시키도록 설계되어 있다. 축전지 팩(10)은 주 전원(11)과, 스위치(13)를 통해 직렬로 연결되도록 된 예비 전원(12)으로 구성된다. 주 전원(11)은 상한 전압을 초과하지 않는 초기 전압을 가지며, 예비 전원(12)은 상한 전압과 하한 전압 사이의 차이를 초과하지 않는 초기 전압을 가진다. 스위치(13)는 외부 레버(15)에 의해 작동되는 내부 접촉 수단(14)을 가지는데, 외부 레버(15)의 제1위치에서 내부 접촉 수단(14)이 위치 "a"로 이동하여 주 전원(11)의 전압이 축전지 팩의 단자들(17,18)에 인가되게 한다. 외부 레버(15)는 내부 접촉 수단(14)이 위치 "b"로 이동하게 하는 제2위치로 이동될 수 있는데, 그 위치에서는 예비 전원(12)이 주 전원(11)과 직렬로 접속된다.
그리하여, 주 전원(11)과 예비 전원(12)의 조합된 전압이 축전지 팩의 단자들(17,18)에 인가되어진다.
구조적으로, 축전지 팩(10)은, 단자들(17,18)을 가지고 있고 전기 화학전지들(40-49)을 수용하는 내부 공간(32)을 가진 하우징(31)을 포함한다. 바람직한 구체예에서, 주 전원(11)은 전지들(40-47)로 구성되고, 예비 전원(12)은 전지들(48,49)로 구성된다. 주 전원(11)은 스위치(13)와 전도 요소(57)을 통해 예비 전원(12)에 연결된다. 전지들은 전도 요소들(50-58)에 의해 직렬로 연결되어 있다. 주 전원(11)의 음극단은 전도 수단(19)에 의해 접점(34)에 연결된 전지(40)의 음극단이다. 접점(34)은 단자(17)(제1도)에 전기적으로 연결되어 있다. 주 전원(11)의 양극단은 전도 요소(57) 및 전도 수단(21)에 의해 스위치(13)에 연결된 전지(47)의 양극단이다. 예비 전원(12)의 음극단은 전지(48)의 음극단이며, 전도 요소(57)에 의해 주 전원(11)의 양극단에 연결된다.
예비 전원의 양극단은 전지(49)의 양극단이며, 전도 수단(22)에 의해 스위치(13)에 연결되어 있다. 스위치(13)는 전도 수단(23)에 의해 접점(35)에 연결되며, 그 접점(35)은 축전지 팩의 외부 양극 단자(18)(제1도)에 전기적으로 연결되어 있다.
스위치(13)가 제1위치에 있을 때, 전지(47)의 양극 단자가 단자(18)에 전기적으로 연결되며, 예비 전원(12)(전지들(48-49))은 회로에서 제외된다. 주 전원(11)의 전압이 소정의 하한 전압에 도달한 때, 스위치(13)는 전지(49)의 양극 단자가 전도 수단들(22,23) 및 스위치(13)에 의해 외부 단자(18)에 전기적으로 연결되는 제2위치로 움직여진다. 그러므로, 예비 전원(12)은 전도 요소(57)을 통해 주 전원(11)에 직렬로 연결된다.
축전지 팩이 제작될 때 스위치(13)가 처음에는 주 전원(11)에만 연결되는 위치(제1위치)에 있게 하는 수단이 제공된다.
스위치(13)는 축전지 팩(10)의 일 단부에 위치된다. 뚜껑(36)[제3A도에는 하우징(31)에서 분리되어 도시됨]에는, 뚜껑(36)이 정위치에 끼워지기 전에 하우징(31)의 결합 요소(도시안됨)와 맞물려지는 걸쇠(37)가 제공되어 있다. 또한, 뚜껑(36)에는, 전지들이 설치될 때 외부 레버(15)가 제1위치에 있도록 하는 부재(38)가 부착되어 있는데, 그 부재(38)는 뚜껑(36)상에서 걸쇠(37)의 맞은편에 위치된다. 제3B도는 그러한 부재(38)가 어떻게 작용하는가를 도시한 것이다. 뚜껑(36)을 열었다 닫았다 할 수 있게 하기 위해, 뚜껑(36)이 들어올려지고 재배치될 때 부재(38)가 외부 레버(15)에서 떨어질 수 있도록 외부 레버(15)는 도시된 바처럼 제1위치 "a"에 있어야 한다. 그리하여, 전지들이 설치되어 진 후 외부 레버(15)는 제1위치에 있으며 주 전원(11)만이 장치에 연결된다.
본 발명의 장점은 다음의 실시예로부터 분명해질 것이다.
[실시예 1]
JNC VHSC 캠코더(camcorder), 모델 번호 GR-C7U는 직렬로 연결된 8개의 니켈 카드뮴 전지들로 구성된 축전지 팩에 의해 통상적으로 작동된다. 그 축전지 팩은 9.6V의 전압과, 100mA-Hr의 정격 용량을 가진다. 캠코더는 약 9V-12V의 전압 범위를 가지도록 정격(rate)되어 있다. 이 캠코더는 축전지 팩이 하한 전압에 도달한 때를 지시하는 뷰우 파인디(view finder)를 가지고 있다. 캠코더에는 또한, 직렬로 연결된 8개의 AA 알칼리-망간 전지들을 포함하는 축전지 팩이 설치된다. 이 축전지 팩은 약 12.6V의 초기 전압을 가진다. 캠코더는 2분의 준비 기간후에 저속의 기록 모드로 연속적으로 작동된다.
제4도에 도시된 바와 같이, 캠코더가 작동될 때 하한 전압에 이를 때까지 상기 축전지 팩은 약 11분 동안 캠코더를 작동시킬 수 있으며, 그 시간에 저전압 표시기 램프가 켜진다.
[실시예 2]
그 다음, 2개의 추가 AA 알칼리-망간 전지들이 실시예 1의 축전지 팩에 직렬로 연결된다. 제4도는 저속의 기록 모드로 캠코더를 계속 작동시키는 동안 전체 10개의 전지로 이루어진 축전지 팩의 전압을 도시한 것이다. 상기 축전지 팩은 저전압 표시기 램프가 켜지기까지 추가로 77분 동안 캠코더를 작동시킨다.
제4도에 도시된 바와 같이, 축전지 팩이 오랫동안 지속했기 때문에 1시간용 비디오 테이프는 되감기어야 한다. 다른 축전지 팩이 되감기용으로 사용되고, 이 실시예의 축전지 팩이 그 후 제연결된다. 그리하여, 10개의 전지로 이루어진 축전지 팩에 대한 전체 기록 시간은 90분[준비 기간용 2분+8개 전지로 이루어진 주 전원에 대한 11분+주 전원과 예비 전원을 포함하는 전체 10개 전지에 대한 추가 77분]이 되도록 결정되어진다.
본 발명은 적어도 현재 사용되고 있는 통상의 니켈-카드뮴 축전지 팩 만큼 오랫동안 지속되는 축전지 팩내에 알칼리-이산화망간 전지를 사용할 수 있다. 이들 2가지 전지 타입들 사이에서 전압은 유사한 반면에, 고 정격 장치들에서의 니켈-카드뮴 전지는 보다 높은 표면적의 전극으로 인해 하한 전압에 이르는데 오래 걸리지만, 상기 전지는 빈번히 재충전되어야만 하기 때문에 부적당하다. 본 발명은 어떤 고 정격 장치에서 니켈-카드뮴 전지만큼 오랫동안 지속되나 재충전되어야만 하는 불편을 갖지 않는 알칼리-망간 전지를 사용할 수 있다. 그러므로, 전지가 재충전되는 동안 장치와 사용을 기다릴 필요가 없거나 한 세트가 충전되는 동안 장치를 연속 사용할 수 있도록 하기 위해 보다 비싼 니켈-카드뮴 전지를 2세트로 구입해야 할 필요가 없는 점에서 소비자에게 유익하다. 이 축전지에 의해 작동되는 대부분의 장치는 본 발명에 따라 제작된 축전지 팩을 사용할 수 있었다. 상기 실시예들에서는 캠코더에 사용되는 것으로 설명되었지만, 플래쉬, 라디오, 카세트 레코더, 휴대용 텔레비젼 및 그 유사품과 같은 다른 장치들도 통상의 축전지 팩을 사용할 때보다 더 긴 작동 시간을 가지게 된다. 축전지 팩 전원 하우징은 이 축전지 팩 전원에 의해 작동되는 장치에 일체로 연결될 수 있다. 그러한 실시예에서, 장치의 일부분이 축전지 팩의 하우징으로서 작용한다.
또 다르게는, 축전지 팩이 모듈(module)식으로 될 수 있다. 주 전원과 예비 전원을 포함하는 전지들은 스위치와 함께 모두 적절히 연결된채 견고한 하우징내에 수용될 수 있다. 실시예들에서 기술된 것과 같은 장치에 직접 결합되기 보다는 오히려, 모듈식 축전지 팩은 적당한 전력 코드에 의해 전기적으로 연결되어 장치로부터 멀리 떨어져 위치될 수 있다.

Claims (7)

  1. 상한 전압과 하한 전압 사이에서 작동되는 축전지 팩으로서, 소정의 상한 전압을 초과하지 않는 전압을 가진 주 전원과, 상한 전압과 하한 전압 사이의 차이를 초과하지 않는 전압을 가진 예비 전원을 제공하도록 연결된 다수의 전기화학 전지; 제1위치에서 주 전원만을 상기 축전지 팩에 의해 급전되어지는 전자 회로에 접속시키고, 교대로 제2위치에서 예비 전원과 주 전원 모두를 상기 축전지 팩에 의해 급전되어지는 상기 전자 회로에 접속시키는 스위치 수단; 그리고 설치된 때 주 전원만이 접속되어지도록 상기 전지들이 축전지 팩내 설치될 때 상기 스위치 수단이 상기 제1위치에 있게 하는 수단을 포함하는 축전지 팩.
  2. 상한 전압과 하한 전압 사이에서 작동하는 장치를 작동시키는 축전지 팩으로서, 제거가능한 뚜껑을 가진 하우징; 상기 하우징상에 장착된 제1 및 제2 외부 단자들; 상기 하우징내에 수용되고, 상한 전압을 초과하지 않는 조합된 전압을 가지는 하나 이상의 전기화학 전지들을 포함하고, 제1 및 제2 단자들을 가지며, 그 제1단자가 상기 축전지 팩의 제1 외부 단자에 연결되어지는 주 전원; 상기 하우징내에 수용되고, 상한 전압과 하한 전압 사이의 차이를 초과하지 않는 조합된 전압을 가지는 하나 이상의 전기화학 전지들을 포함하고, 제1 단자와 제2 단자를 가지는 예비 전원; 제1위치와 제2위치를 가지며, 상기 제1위치에서는 주 전원의 제2 단자가 축전지 팩의 제2외부 단자에 연결되고, 상기 제2위치에서는 예비 전원의 제1단자가 주 전원의 제2 단자에 연결되고 예비 전원의 제2 단자가 축전지 팩의 제2 외부 단자에 연결되도록 상기 주 전원, 상기 예비 전원, 및 상기 축전지 팩의 제2 외부 단자에 작동적으로 연결되는 스위치; 그리고 상기 스위치가 상기 제1 위치에 있지 않는 한 축전지 팩내에 전지들을 설치할 수 없도록 하는 수단을 포함하는 축전지 팩.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전지는 1차 전지인 축전지 팩.
  4. 제2항에 있어서, 상기 전지는 알칼리-망간 전지인 축전지 팩.
  5. 제4항에 있어서, 상기 스위치는 단곡 쌍투 스위치(single pole, double throw switch)인 축전지 팩.
  6. 약 12V의 상한 전압과 약 9V의 하한 전압 사이에서 작동하도록 된 캠코더와 축전지 팩 전원의 조합체로서, 상기 축전지 팩은 하우징; 상기 하우징을 위한 뚜껑; 상기 하우징상에 장착된 제1 및 제2 외부 단자들; 약 12V의 조합된 전압을 가지는 8개의 AA 알칼리-망간 전지를 포함하고 상기 하우징내에 수용된 주전원; 3V의 조합된 전압을 가지는 2개의 AA 알칼리-망간 전지를 포함하고 상기 하우징내에 수용된 예비 전원; 그리고 제1 위치와 제2 위치를 가지는 스위칭 수단으로서, 상기 제1 위치에서 스위칭 수단이 주 전원과 축전지 팩의 외부 단자들을 연결시키고, 상기 제2 위치에서 주 전원과 예비 전원 모두가 축전지 팩의 외부 단자들에 직렬로 연결되도록 상기 축전지 팩의 외부 단자들, 상기 예비 전원, 및 상기 주 전원과 작동적으로 연결되어 있는 상기 스위칭 수단을 포함하는 축전지 팩과 캠코더의 조합체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 뚜껑이 제거되거나 재배치되는 동안 스위치는 상기 제1위치에 있도록 하여 새로운 전지가 설치될 때 처음에는 주 전원만이 축전지 팩의 외부 단자들에 연결되도록 뚜껑에 부착되어 상기 스위치와 맞물리는 부재를 더 포함하는 축전지 팩과 캠코더의 조합체.
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